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基于AMESim和STAR-CCM+的汽车热管理系统联合仿真模型建立与应用
随着汽车技术的不断创新，汽车热管理系统在提高发动机效率、降低排放、增强汽车性能方面发挥着至关重要的作用。为了更准确地模拟和优化汽车热管理系统的性能，本文提出了一种基于AMESim和STAR-CCM+的联合仿真模型，并通过Libcosim库实现了一维和三维仿真的强耦合。该模型不仅考虑了散热器的三维仿真，还针对冷凝器采用了一维和三维混合仿真，以更全面地模拟汽车冷却系统的工作特性。
联合仿真模型建立
Libcosim库的应用
Libcosim库作为连接AMESim和STAR-CCM+的桥梁，为一维和三维仿真提供了强大的支持。通过定义相应的数据变量，我们成功地将两款软件进行了强耦合，实现了同时进行仿真计算的目标。在数据交换的过程中，我们采用了2秒的时间间隔，保证了数据的准确传递。
一维和三维数据的双向传递
针对散热器的仿真计算，我们采用了三维双流体换热器模型，同时考虑了空气侧和冷却液侧的三维仿真。一维模型中获得的冷却液流量、入口温度和出口压力被作为边界条件输入至三维模型中，而三维仿真中得到的冷却液出口温度则作为反馈量输入至一维冷却模型中。通过这种双向传递的方式，实现了一维和三维数据的同步更新，保证了模拟结果的准确性。
对于冷凝器的仿真，考虑到内部涉及制冷剂的多相，我们采用了三维单流体换热器模型。在这种情况下，冷凝器的空气侧部分进行三维仿真，而制冷剂侧则采用一维计算。一维系统提供了相应的冷凝器换热量作为三维的输入，而三维仿真结果则提供了冷凝器空气侧的入口空气温度和空气流量。这种混合仿真的方式更加贴近实际工况，使得模型具有更好的适用性。
此外，我们将三维仿真得到的空气阻力数据传递到一维冷却系统中的发动机热源模型中。这考虑了不同工况下精确的空气阻力贡献对发动机散热量的影响，为热管理系统的优化提供了更为精细的数据支持。
系统模型及应用
一维冷却系统回路
基于AMESim建立的一维冷却系统回路包括水泵、发动机水套、节温器、补偿水桶、散热器和暖风芯体等部件。图2展示了整个冷却系统回路的结构，各部件之间通过Libcosim库实现了数据的有效交互。这一维冷却系统回路的建立为整车热管理系统的仿真提供了基础。
空调系统回路
采用STAR-CCM+生成的体网格，本文最终生成的体网格总数约为1,624万。图4和图5分别展示了Y=0截面整车计算域和发动机舱内的体网格划分。在空调系统回路中，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等关键组件。通过STAR-CCM+的高效模拟能力，我们能够更准确地模拟空调系统的性能，为整车热管理系统的设计提供了可靠的数据支持。
本文基于AMESim和STAR-CCM+，通过Libcosim库实现了汽车热管理系统的一维和三维仿真的强耦合。在联合仿真模型中，我们采用了双向数据传递的方式，成功地将一维和三维模型进行了同步更新，保证了模拟结果的准确性。通过具体案例的分析，我们展示了该模型在散热器和冷凝器仿真中的应用，同时考虑了空气阻力对发动机散热量的影响。最终，我们建立了一维冷却系统回路和空调系统回路，为整车热管理系统的优化设计提供了可靠的技术支持。未来，我们将继续完善该模型，拓展其在不同工况下的应用，为汽车热管理技术的发展做出更大的贡献。
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